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# Sciences de la santé# Radiologie et imagerie

Nouvelles découvertes dans le traitement des métastases cérébrales

Des recherches montrent des progrès dans la prévision des résultats pour les patients avec des métastases au cerveau.

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Les Métastases cérébrales, souvent appelées BMs, sont le type de cancer le plus courant dans le cerveau. Elles surviennent quand des cellules cancéreuses se propagent d'autres parties du corps vers le cerveau. Les BMs sont plus fréquentes que les tumeurs cérébrales primaires, comme les gliomes. Cette condition peut entraîner divers symptômes, y compris des maux de tête, des convulsions et des déficits neurologiques.

Options de traitement

Des directives récentes suggèrent que la chirurgie peut être une option de traitement efficace pour les patients avec de grandes métastases cérébrales ou symptomatiques. Après l’ablation chirurgicale de la tumeur, un traitement supplémentaire est souvent nécessaire pour contrôler les cellules cancéreuses restantes. Un de ces traitements est la radiothérapie stéréotaxique (SRT), qui cible spécifiquement la zone où la tumeur a été retirée. Cette approche combinée peut améliorer le contrôle local de la maladie, atteignant des taux de succès entre 70 % et 90 % en un an.

Importance de l'Évaluation des risques

C'est super important d'évaluer le risque de récidive locale pour chaque patient. Savoir ça peut aider les professionnels de santé à décider des traitements de suivi appropriés. Par exemple, les patients à haut risque de récidive peuvent avoir besoin de doses plus élevées de radiothérapie, de thérapies alternatives qui peuvent pénétrer la barrière protectrice du cerveau, ou de suivis d'imagerie plus fréquents pour détecter les problèmes tôt.

Avancées technologiques

Les récentes avancées dans l'analyse d'images automatisées montrent des promesses pour prédire les résultats du traitement. Ce processus automatisé aide les médecins en réduisant le temps nécessaire pour analyser manuellement les images du cerveau. En utilisant une technique appelée radiomique, qui consiste à extraire de nombreuses caractéristiques mesurables des images, les médecins peuvent obtenir des informations qui ne sont pas toujours visibles à l'œil nu. Ces infos peuvent mener à de meilleurs modèles prédictifs quant à la façon dont un patient pourrait répondre au traitement.

Collecte de données pour la recherche

L'étude AURORA, qui se concentre sur les patients avec des métastases cérébrales, a rassemblé des données d'imagerie et cliniques provenant de diverses institutions de santé. Le but était d'analyser les méthodes de traitement existantes et leurs résultats. Pour participer, les patients devaient avoir un cancer primaire connu, avoir subi une chirurgie cérébrale, et avoir reçu une SRT. Un processus de révision minutieux a assuré que seuls les patients appropriés étaient inclus dans l'étude.

Analyse des données d'imagerie

L'étude a analysé différents types d'IRM pour rassembler des infos sur l'état de chaque patient. Les séquences d'imagerie ont examiné différents aspects du cerveau, permettant aux chercheurs de mieux comprendre les tumeurs et les zones environnantes. Certaines IRM étaient nécessaires pour l'analyse, mais s'il manquait un type d'IRM, c'était acceptable.

La collecte de données a inclus un total de 481 patients à travers sept centres différents. Parmi eux, 352 patients avaient toutes les infos nécessaires pour une analyse plus approfondie. L'équipe a divisé les patients en deux groupes : un groupe pour l'entraînement et l'autre pour tester les modèles développés.

Traitement des images

Les images collectées ont subi plusieurs étapes de traitement pour les préparer à l'analyse. Cela incluait la conversion en un format spécifique et l'ajustement des images pour se concentrer uniquement sur les tissus cérébraux, en excluant les zones environnantes comme le crâne. Ce traitement détaillé a permis de prendre des mesures précises des tumeurs et du gonflement associé.

De plus, quand des IRM manquaient, une méthode utilisant l'intelligence artificielle a été appliquée pour générer les données manquantes, assurant que l'analyse reste complète.

Extraction de caractéristiques

À partir de ces images traitées, un ensemble de caractéristiques mesurables a été extrait, fournissant des insights sur les tumeurs et les tissus associés. Un logiciel spécifique a été utilisé pour extraire ces caractéristiques, qui comprenaient des infos comme la forme, la texture, et l'intensité des tumeurs.

Au total, plus de 100 caractéristiques différentes ont été recueillies pour chaque patient. Ces caractéristiques ont ensuite été affinées pour éliminer les informations redondantes tout en veillant à ce que les données les plus pertinentes pour prédire les résultats restent.

Développement de modèles prédictifs

Après avoir extrait les caractéristiques, l'étape suivante était de créer des modèles prédictifs qui pourraient aider à identifier quels patients pourraient avoir un risque plus élevé de récidive de leur cancer. Les chercheurs ont utilisé diverses techniques d'apprentissage machine pour développer ces modèles, en comparant leur performance à prédire les résultats des patients.

Des techniques de validation croisée ont été employées pour assurer que les modèles soient précis et fiables, en prenant soin d'équilibrer les données puisque la plupart des patients n'ont pas connu de récidive de leur cancer.

Évaluation des modèles

Le modèle le plus performant a combiné à la fois les caractéristiques dérivées de l'imagerie et les données cliniques recueillies auprès des patients. Ce modèle a été testé contre un groupe distinct de patients pour évaluer son efficacité. Les résultats ont montré que le modèle pouvait catégoriser avec succès les patients en différents niveaux de risque basé sur ses prédictions.

En plus, une analyse de survie a été réalisée pour comparer les résultats prédits avec les résultats réels observés chez les patients au fil du temps. Les résultats ont montré des différences significatives dans les taux de récidive locale en fonction des catégories de risque déterminées par le modèle.

Comprendre le volume des métastases cérébrales

Une caractéristique spécifique jugée utile était le volume des métastases cérébrales. Les chercheurs ont noté que bien que ce volume ait été un bon prédicteur des résultats, il ne corrélait pas toujours avec les résultats des modèles prédictifs, ce qui indique que d'autres caractéristiques jouent également des rôles critiques dans la détermination du risque pour les patients.

Automatisation et directions futures

L'étude a également examiné la faisabilité d'utiliser des méthodes entièrement automatisées pour segmenter les tumeurs dans les images IRM. Les premiers résultats ont montré que, même si l'utilisation de méthodes automatisées entraînait une performance légèrement inférieure par rapport à la segmentation manuelle, cela montrait encore un potentiel pour des applications cliniques sans nécessiter une grande intervention de la part des professionnels de santé.

Conclusion

En résumé, les avancées dans l'imagerie et l'analyse de données permettent d'améliorer les prédictions de récidive locale chez les patients avec des métastases cérébrales après traitement. La combinaison de la radiomique et des caractéristiques cliniques crée un outil puissant pour les fournisseurs de soins de santé afin d'identifier les patients à haut risque et d'ajuster leur traitement en conséquence. À mesure que plus de données sont rassemblées et analysées, ces modèles peuvent être affinés et validés, menant potentiellement à de meilleurs résultats pour les patients à l'avenir.

Source originale

Titre: Radiomics-based prediction of local control in patients with brain metastases following postoperative stereotactic radiotherapy

Résumé: BackgroundSurgical resection is the standard of care for patients with large or symptomatic brain metastases (BMs). Despite improved local control after adjuvant stereotactic radiotherapy, the local failure (LF) risk persists. Therefore, we aimed to develop and externally validate a pre-therapeutic radiomics-based prediction tool to identify patients at high LF risk. MethodsData were collected from A Multicenter Analysis of Stereotactic Radiotherapy to the Resection Cavity of Brain Metastases (AURORA) retrospective study (training cohort: 253 patients (two centers); external test cohort: 99 patients (five centers)). Radiomic features were extracted from the contrast-enhancing BM (T1-CE MRI sequence) and the surrounding edema (FLAIR sequence). Different combinations of radiomic and clinical features were compared. The final models were trained on the entire training cohort with the best parameters previously determined by internal 5-fold cross-validation and tested on the external test set. ResultsThe best performance in the external test was achieved by an elastic net regression model trained with a combination of radiomic and clinical features with a concordance index (CI) of 0.77, outperforming any clinical model (best CI: 0.70). The model effectively stratified patients by LF risk in a Kaplan-Meier analysis (p < 0.001) and demonstrated an incremental net clinical benefit. At 24 months, we found LF in 9% and 74% of the low and high-risk groups, respectively. ConclusionsA combination of clinical and radiomic features predicted freedom from LF better than any clinical feature set alone. Patients at high risk for LF may benefit from stricter follow-up routines or intensified therapy. Key pointsO_LIRadiomics can predict the freedom from local failure in brain metastasis patients C_LIO_LIClinical and MRI-based radiomic features combined performed better than either alone C_LIO_LIThe proposed model significantly stratifies patients according to their risk C_LI Importance of the StudyLocal failure after treatment of brain metastases has a severe impact on patients, often resulting in additional therapy and loss of quality of life. This multicenter study investigated the possibility of predicting local failure of brain metastases after surgical resection and stereotactic radiotherapy using radiomic features extracted from the contrast-enhancing metastases and the surrounding FLAIR-hyperintense edema. By interpreting this as a survival task rather than a classification task, we were able to predict the freedom from failure probability at different time points and appropriately account for the censoring present in clinical time-to-event data. We found that synergistically combining clinical and imaging data performed better than either alone in the multicenter external test cohort, highlighting the potential of multimodal data analysis in this challenging task. Our results could improve the management of patients with brain metastases by tailoring follow-up and therapy to their individual risk of local failure.

Auteurs: Josef A Buchner, F. Kofler, M. Mayinger, S. M. Christ, T. B. Brunner, A. Wittig, B. Menze, C. Zimmer, B. Meyer, M. Guckenberger, N. Andratschke, R. A. El Shafie, J. Debus, S. Rogers, O. Riesterer, K. Schulze, H. J. Feldmann, O. Blanck, C. Zamboglou, K. Ferentinos, A. Bilger-Zähringer, A. L. Grosu, R. Wolff, M. Piraud, K. A. Eitz, S. E. Combs, D. Bernhardt, D. Rueckert, B. Wiestler, J. C. Peeken

Dernière mise à jour: 2024-01-04 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.01.03.24300782

Source PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.01.03.24300782.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

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